深度解析小米净水器不能接管线机的问题

文章目录

    • 问题的由来
    • 小米水龙头
    • 水压感应开关(高压开关)
    • 解决方案
    • 补丁方案的问题及调试
    • 管线机出水为什么会比净水器制水慢
    • 官方补丁:云米水盒子
    • 改进方案1:储水罐/压力桶
    • 改进方案2:延时继电器
    • 改进方案3:水流开关
    • 小米净水器的两种模式
    • 小米净水器的自动冲洗
    • 结语

小米净水器有不少亮点,的确可称得上“重新发明了净水器”。如果只接水龙头使用,基本上只有一个小问题;但如果接管线机,就会暴露出更多问题。

本文基于大量的调查和实验,分析“小米净水器不能接管线机”这个问题的来龙去脉,探讨各种解决方案,并试验了几种改进方案。

问题的由来

因为家里的旧净水器出了点小问题,于是买了向往已久的小米净水器(厨下式)。为了尽快试用,就没有拆掉旧的管路,直接将小米净水器接在旧的出水龙头上。然后发现,

开水龙头不出水!(同理,开管线机也不出水)

看到小米龙头上的电缆,明白了正确的出水姿势是这样的:

  1. 电缆接小米龙头;
  2. 假装打开小米龙头(尽管它没接水管);
  3. 打开接了水管的旧龙头。

这样旧龙头就可以出水了。

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小米水龙头

所以,小米水龙头不仅是水路的开关,还是电路的开关。

如图,测量A和B的电阻。水龙头在关的状态下,电路是断路的;打开龙头后,电路是通的。更准确地说,龙头打开到行程的约60%,电路开关就接通了。

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这个开关接通时,小米净水器就启动工作了。

水压感应开关(高压开关)

而传统的(无桶)净水器是通过水压感应启动的,这个部件俗称“高压开关”。下图是从旧的净水器上拆下来的高压开关。

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它的原理是:在水压高的时候,开关是断路的;而在水压低的时候,开关是连通的。上图中,不接入水路时,水压为0,所以也是连通的。

当把这个开关接在出水的水路中时,出水龙头或管线机出水时,水路中的压力降低,这个开关就会接通;当出水口关闭,由于净水器制出的水充满管道,管道中的压力就会上升,这个开关就会断路。

下图是一个示意:左边相当于水龙头打开,其电阻很小;右边相当于水龙头关闭(单向阀反接了),其内部是断路状态。

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这样,就可以用这个开关的通/断来启动/停止净水器。这个原理对于水龙头和管线机都是一样的:只要出水,压力就降低;压力降低,开关就接通。所以,传统的净水器连接管线机没有问题。

但小米净水器没有水压感应启动的能力,而是靠水龙头上的“机械开关”来控制的,这样就没法“感知”管线机是否打开。

小知识:高压开关没有方向性(不像单向阀那样)。一个典型的高压开关的触发压力:低于0.15MPa导通,高于0.25MPa断开(这个参数可以微调)。这个值大约相当于1.5/2.5个大气压,也就是工程上说的1.5/2.5公斤(压力)。

解决方案

解决这个问题有以下几种思路:

  1. 水路联动: 给小米净水器增加水压启/停的能力;
  2. 电路联动: 用管线机的开关信号来控制净水器;
  3. 无线联动: 比如通过WiFi或ZigBee启动净水器、传送管线机的按键状态。

方案3超前于现状态太多,而且无线的可靠性也是个问题;1和2各有利弊。先说第2种:优点是能实现开关动作的完全同步;缺点有:

  1. 需要布电线,因为通常净水器在厨房,而管线机在客厅或餐厅;
  2. 要拆开管线机,找到管线机的开关状态的电路接入点;
  3. 为了隔离管线机和净水器的电路,应该要使用继电器,由管线机端的电平来触发继电器的通/断,继电器触点和原水龙头的机械开关处于并联的地位。

所以方案2还是比较麻烦的。我还是先试第1种,这也是网上很多人采用的办法。方法是:把高压开关和小米龙头的机械开关并联。这需要切开小米龙头的电缆,接到其中的红黑两条线上。

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这个方案可以实现管线机和净水器的联动,管线机打开时能正常出水。

补丁方案的问题及调试

前面的“补丁方案”有一个问题:净水器会高频率地启动/停止,大约启动1秒,停1秒。

这可能会影响净水器的寿命; 而且直接的影响是:净水器的出水计量完全不准。

如图,1秒级的“用水时长”,出水量基本上都是0;而有些连时长都是0(估计实际是0.5秒以下)。

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网上有人说,需要两个单向阀。还有人说,需要调节高压开关的阈值。

这些办法我都试过,没有用。

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其实根源在于:小米净水器的制水速度太快!——快于管线机的出水速度。

进得快、出得慢,水管内的压力必然会上升,即使高压开关的阈值调高一点,还是会被超过(理论上超过阈值的时间上可能会多那么一丢丢,但由于管道内容积有限,这个差别估计只有0.1秒的数量级,人根本感觉不到)。

其实宏观地想一下:(对于管线机),进水快,出水慢,这本身是一种不平衡。要使其平衡,要么加大出水速度,要么降低进水速度。而降低进水速度的办法,要么调低制水速度(比如降低功率),要么让净水器工作一会儿,歇一会儿。

反复地启/停其实是一种野蛮的负反馈,如果制水速度能无级变速就好了。那么,降低净水器的进水速度能否能降低制水速度呢?试着把进水阀门调小:

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此时貌似听到电机空转的声音,声音变大,感觉净水器内部的增压泵要么抽不到水,要么迅速地把小水流抽过来,并不能连续流畅地运转,于是放弃。

管线机出水为什么会比净水器制水慢

问题的核心就是净水器和管线机两者的出水速度不一致。

会不会是因为管线机的安装位置比净水器高?比如我的管线机的出水口比净水器的位置高1米多,这样压力差大约0.1个大气压。但这其实是远低于高压开关阈值(2.5大气压)的。

查了一下管线机的相关资料,推测是因为管线机内部有水箱,而且水箱很小,靠浮球阀控制水箱开关,这个开和关的容量差很小,以致于1秒的水量就可以使其状态翻转。

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这个水箱其实是起到了调控管线机进水速度的作用,使其不超过自己的出水速度。尤其是对于即热式管线机,在烧开水时,出水速度是没法加大的,所以只有降低进水速度,故而必须有这样的调控机制。

官方补丁:云米水盒子

云米是小米生态链公司,小米净水器由云米生产,所以可以认为云米水盒子是这个问题的官方补丁。

但云米水盒子也只宣称支持部分部分管线机。而且描述上也有点神秘,比如没有完整的多角度照片,也没有其三维尺寸。
由于价格感人,我没有购买水盒子。从卖家咨询得到的包装尺寸是 145x145x108mm,净重(应该含配件的)是0.4kg。

下图是官网图片和买家网友晒图。

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根据图片可以看出其水路上是一进二出,电路上是一进一出。

根据其尺寸,可以推测不可能有压力桶。而且网上不少评价说依然要用压力桶,否则还是会反复启停。由于电缆里没有电源线,也不可能增加电路模块。所以我怀疑这玩意儿就是把我们的改装装到了一个盒子里。

对于能匹配部分管线机的说法,我的理解还是在于速度。如果某些管线机的出水速度和净水器制水速度相当,或能自动适应出水速度,用我们的改装方案也能完美匹配。

改进方案1:储水罐/压力桶

既然不能通过调节进/出水速度来达到平衡,另一种办法就是加缓冲区,即加一个压力桶。

压力桶内部有一个类似气囊的东西,在桶内储水增加时,气囊压力增加,以便在出水时有一定的压力(这样水才能流入没有水泵、位置更高的管线机或水龙头)。

下图是一个典型的3.0加仑的压力桶的压力和容量曲线。

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  • A点:压力桶内的水少于4升时,压力下降到0.15MPa,高压开关连通,净水器开始制水;
  • B点:储水超过5.5升时,压力上升到0.25MPa,高压开关断开,净水器停止制水。

这意味着,如果管线机一次用水少于1.5升,净水器是不会反复启/停的。举几个例子:

  • 如果从B点开始用水,如果少于1.5升,使用的是压力桶内的水,净水器根本不需要启动;
  • 如果从A点开始用水,净水器立即启动。然后,取决于制水/出水的速度差:比如制水速度是出水速度的1.5倍,则需要出水3升,压力桶内的水才会增加1.5升到达B点,从而停止制水;如果是3倍,则出水0.75升,就会达到B点,但之后再出水1.5升,净水器都不需要启动,所以是2.25升才启停一次。。

考虑到管线机一次用水一般会比1.5升少很多(一杯水一般0.2~0.3升),所以只要有一个很小的压力桶,反复启停的问题就能得到很好的改善。

而且我不喜欢储水和死水造成的二次污染(这应该是无桶净水器和即热式管线机用户的典型想法),所以这个压力桶越小越好。但我最小只找到了1.5加仑的压力桶,因为是非主流产品,卖家也非常少。其大小还是比我预期的大了点。

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实际测试:

  1. 压力桶在充满水后(即高压开关关断后),可以放出约1升水(至高压开关再次接通);
  2. 如果一直打开管线机,净水器会连续运转接近2分钟(制水2.8升)才停止。

可以看到,净水器的启/停周期变得很长了。

改进方案2:延时继电器

另一种改进方案是直接着眼于反复启/停的问题:用一个延时继电器,在高压开关断开时,并不立即断开,而是延时5~10秒再断开;但压力降低,高压开关接通时仍然立即接通。

这个方案能解决出水计量的问题,也不需要储水了。但需要增加电路。

另外,由于水路中的压力实际上已超过高压开关的停止压力的,不知道最后压力会高到什么程度,是否会影响净水器的寿命。

我咨询过云米的技术人员:如果净水器运转,但不让它出水会怎么样?云米的技术人员回答说是有保护的。但我还是不理解制出的水到哪里去了?因为水可压缩的体积是很有限的。合乎逻辑的推测只能是水透过RO膜的速度变慢或根本不能透过,因为RO膜下游的压力变大了。按这种推测,应该说危害并不大,除了各滤芯内部要承受更高的压力。最高承受高压泵的压力?——这应该是设计时要考虑的吧。

延时继电器有很多种,为了方便,我选用了能接USB供电的。接线和说明如下图:

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用6.3mm的插簧作为连接头,可以很方便地将这个继电器模块加入/移除系统。为了防水,我将这个模块装在了塑料袋里。

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最后设定为约8秒启/停一次,每次制水约0.14升(这其实是管线机的出水速度)。如果管线机打开后马上关闭,净水器还是会“制水”8秒,但水量就很少了(见最后一次)。

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这个方案的优点是不需储水,而且成本低;缺点是要加入电路模块(要注意防水),净水器内部要承受压力(但应该在安全范围内)。

改进方案3:水流开关

水流开关是这样一种器件:把水流开关串接在水路中后,如果有水流动,则其内部开关导通;否则断开。

这个方案是把水流开关串联在水路中,而其电路则是并联的,即水流开关和高压开关在电路上是并联的。即逻辑上是“或”的关系:水流开关或高压开关任何一个导通,则小米净水器启动/运转。我们可以看一下具体流程:

  1. 打开管线机,水压降低,高压开关导通,净水器启动;
  2. 由于水路中有水流,所以水流开关也导通。即使此时水路中压力上升,高压开关断路,净水器的电缆处(A,B点)仍是导通;
  3. 只有当关闭管线机,水流停止,水流开关也断路,才会导致A,B点真正断开,从而净水器停止工作。

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实际使用了一段时间,这个方案比较完美。

补充:有网友关心废水笔,测量了一下这个方案的废水比例。略高于平时,应该算正常。

同样制1升纯水,产生的废水量:

  • 水流开关/高压开关/管线机:685ml (TDS: 305)
  • 小米龙头直出:515ml (TDS: 368)

实验条件:

  • 纯水:TDS: 24 (净水器显示15)
  • 自来水:TDS: 150(这是净水器显示的值,TDS笔在实验中挂了)
  • 温度:18℃

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图:制1升纯水产生的废水量(左:管线机;右:小米龙头)

小米净水器的两种模式

小米净水器官网上说它有一种提升模式:在自来水水质好的情况下,会自动切换到这种模式;这种模式制水速度更快,废水比更低。

普通模式制水速度是1升/分,提升模式速度是1.4升/分。

我粗略地地用1升的烧杯测量了下,大约3分钟制水5升,所以我的应该是工作在提升模式了。

其实我对这一描述最感兴趣的只是:它内部可以调节制水速度!那么,能不能把这个功能开放给用户?让我从App里手动设置制水速度(使其和管线机出水速度匹配)?

既然内部有这种机制,说明有硬件支持,那么,修改一下固件和App,技术上应该不难实现。

小米净水器的自动冲洗

关于小米净水器是否有自动冲洗的功能,我找到 小米净水器FAQ中的一段说法。

问:小米净水器触控龙头纯水灯先蓝色后橙色再蓝色是什么意思?

答:小米净水器会实时监测纯水的TDS值,以保障出水安全。纯水TDS 偏高时,触控龙头会亮橙色等,同时app也会提醒用户,此时TDS偏高,注意暂时不要直接饮用,纯水TDS低时,用户可以放心饮用。

先蓝、后橙色、再蓝是因为一段时间不使用净水器,反渗透膜发生渗透现象造成的,不同亮灯状态表示纯水的TDS不同:

第一段水:上一次净化的保存在第四级滤芯及管路内的纯水,TDS较低,纯水灯呈蓝色。

第二段水:是第三级反渗透滤芯中发生渗透现象,纯水被浓缩,TDS偏高时纯水灯呈橙色;

第三段水:是机器制出来的新鲜水,TDS较低,纯水灯呈蓝色。。

如果长时间不使用,只要将前面的两段水放掉即可,前面两段水的时间一般是20秒左右,具体冲洗时间和用户家自来水水质有关。

我期望的“自动冲洗”是:如果水质不好,自动将其作为废水排出,这样就不会有TDS高的水流入管线机。上面的回答说明并没有这样的功能,只有依赖于指示灯的“人肉冲洗”。

我咨询了云米的技术人员,说这个有一定难度,业界都没有这样做的。我查了下,确实最高端的云米V1也没有这个功能。下图来自云米V1的官网介绍。

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这就是本文开头说的小米净水器的小问题。既然是新一代的“智能”电器,为什么不能智能地替用户做这个选择呢?还指望用户看指示灯操作呢?

技术上,我以为一个三通加上两个电磁阀就可以做到,我甚至打算进行这方面的改装。但本文太长了,留给续集吧……

结语

小米净水器由于使用机械开关启动/停止净水器,而不是靠水压感应的高压开关,所以无法和管线机联动。
改装的基本原则是增加高压开关,根据出水水压来启动/停止净水器。

如果管线机的出水速度慢于净水器的制水/出水速度(通常是这样——因为小米净水器制水太快),就会导致净水器的反复启/停。这是一种正常的负反馈。
这种反复启停会导致水量计量的严重不准,按说也会影响净水器的寿命。

改进的办法是使用压力桶或延时继电器来降低启动/停止的频率。两种方案各有利弊,文中有详细的分析和实验。(后来又增加水流开关的方案,比较完美)

最理想的改进是小米净水器官方增加水压感应的功能:简单的做法是(出水水路中)水压低了启动制水,水压高了停止制水;更完美的是能无级变速,以自动适应管线机的出水速度。

退而求其次的做法是能在App里手动设置制水速度,这种做法的技术成本应该更低一些。

另外,TDS高时亮橙灯,期望用户手动将这段水放掉,对使用水龙头的用户麻烦而不具备很高的可操作性;对使用管线机的用户则完全不具备可行性。期望净水器能增加“智能”功能:自动将TDS高的水作为废水排出。

最后对小米净水器的产品经理吐个槽。

  • 设计时不知道有管线机用户。——这是一个不合格的产品经理。
  • 考虑到管线机用户只占净水器用户的1%(打个比方,具体数值我不知道),忽略这部分用户。——这是一个务实的产品经理。
  • 先挖个坑,以后再填:给配件和升级产品留下空间。——这是一个狡猾的产品经理。

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